姜 沖 鄭 鈞 李 杰 曲兆松

系統(tǒng)總體構想

1.系統(tǒng)目標

通過將GIS、三維可視化、計算機、自動化、通信和網絡化等技術與地理學、生態(tài)學、水利學、土壤學等基礎學科的綜合集成應用，并充分利用現有的水務普查資源，結合已有的水情、雨情、工情、風情、潮情等監(jiān)測數據，將監(jiān)控技術與地理信息系統(tǒng)、資源檔案管理結合起來，實現數據共享和資源整合，實現資源信息的快速采集和處理，實現水利工程資源檔案管理、災害分析和監(jiān)控，為決策者提供強有力的基礎信息資料和決策支持，為水利建設及水資源管理帶來最有效與最高性能的管理方式。

2.系統(tǒng)數據

水務普查數據資源是整個處理系統(tǒng)的基礎來源，包括空間數據和屬性數據（水務普查數據）。

（1）空間數據：空間數據是用來描述來自現實的目標，將數據統(tǒng)一化，借以表明空間實體的形狀大小以及位置和分布特征?？臻g數據是重要的水利普查數據，是保障成果質量的關鍵性基礎工作，也是體現成果水平的重要保障，空間數據處理的成效直接影響到成果質量。

（2）屬性數據：屬性數據除了已有的三防數據外，還包含以下普查數據：①河流湖泊。流域面積50km2及以上的河流和常年水面面積1km2及以上的湖泊。②水利工程。包括水庫、水電站、水閘、泵站、引調水、堤防、農村供水、塘壩、窖池及灌區(qū)和地下水取水井等11類工程。③經濟社會取用水戶。城鄉(xiāng)居民生活、工業(yè)、建筑業(yè)及第三產業(yè)等用水單位，灌區(qū)、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場及公共供水企業(yè)等取用水戶。④河湖開發(fā)治理保護。包括河湖取水口、地表水水源地、入河湖排污口、有治理保護任務的河流與湖泊。⑤水土保持。包括水蝕、風蝕、凍融侵蝕區(qū)域，侵蝕溝道，淤地壩等主要水土保持措施。⑥水利單位。包括水利行政機關、事業(yè)、企業(yè)、社團、鄉(xiāng)鎮(zhèn)水利管理單位等5類單位。

系統(tǒng)總體設計

1.系統(tǒng)總體架構

系統(tǒng)集成了數據庫技術、GIS技術和三維可視化技術，采用C/S和B/S混合體系結構設計。系統(tǒng)分為3個功能模塊，分別為實時監(jiān)測信息采集模塊、綜合信息服務模塊、災情預測與經濟損失評估模塊。

2.功能設計

（1）實時監(jiān)測信息采集模塊：實時監(jiān)測信息采集系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的基礎，是防災減災決策和指揮搶險救災的依據。實時監(jiān)測信息采集子系統(tǒng)監(jiān)測的信息，有水情信息、災情信息等。水情信息包括了降雨量、江河水位、水庫水位、閘壩上下水位、江河流量、水庫進出流量、閘壩閘門開啟度和下泄量、水庫蓄水量及風向、風力、氣壓等信息；災情信息包括了水庫、堤防、水閘等防洪工程的運行狀態(tài)、調度命令的執(zhí)行情況、物資的儲備等。實時監(jiān)控信息的采集主要通過自動監(jiān)測點（水利監(jiān)控攝像頭、水位計、流量計）、人工監(jiān)測和群眾上報等方式，人工監(jiān)測主要通過PDA與GPS定位接收機組合的無限采集設備來完成。

（2）綜合服務模塊：通過GIS地理編碼技術，根據信息的種類、位置、所屬區(qū)域等條件編碼，在系統(tǒng)中可以快速準確地查詢到相應信息，便于在救災指揮中開展災害的預測、決策的指定、物資的調配等工作。通過該平臺可以對所屬區(qū)域的三防信息進行全天候監(jiān)控，包括對終點區(qū)域做到不間斷巡查，對發(fā)生重大險情的具體情況、具體位置、災害的覆蓋面做到了如指掌。利用實時數據和普查數據，結合全文檢索、數據管理子模塊可以對歷史險情信息進行分析并進行預測模擬和演練。

（3）災情預測與經濟損失評估模塊：水利信息化發(fā)展的一大瓶頸是數據、問題和模型的非結構化，進行災情預測與經濟評估模型的標準化進展十分緩慢。針對這一現狀，加強信息標準化和模型集成化成了亟待解決的問題。該模塊旨在將不同要素、不同過程模型結合云計算技術、數據庫技術、GIS技術、三維可視化技術進行集成，將所涉及的技術難點、數據接口、水文模型集成的框架、多過程模型系統(tǒng)的耦合集成、各類模型的信息交互和傳輸方式等進行組件式和模塊化封裝。同時實現水數學模型的參數化管理，包括自傳感器獲取的實時水信息的參數化方法，多源、多時相、多尺度遙感數據融合，水文模型參數群的時空規(guī)律（例如，淹沒分析、淹沒演練等）。利用實時數據、存檔數據、普查數據資源結合模型，進行三維可視化的重構、預測和評估，對于輔助決策有著重要的指導意義。

系統(tǒng)創(chuàng)新點

該系統(tǒng)的主要創(chuàng)新點體現在：

（1）結合水利數學模型，將GIS技術、三維仿真技術、信息化技術多源結合，最大程度地利用水務普查資源，結合已有的成果數據，建設一套多源集中式的數據處理系統(tǒng)，向實現水聯(lián)網和智能水利的方向發(fā)展。

（2）利用云計算、水利數學模型結合三維仿真技術，實現災情評估和經濟損失評估。

應用案例

目前，基于GIS和三維仿真技術的水務普查數據處理系統(tǒng)平臺的各子系統(tǒng)已經在多個水利部門得到成功應用。

其中，防洪抗旱預警和決策支持系統(tǒng)為水利部門的防洪抗旱指揮決策提供了強大的技術支撐。系統(tǒng)已應用于國家某重點防洪城市水務局，為該市防洪抗旱提供了有效的決策分析依據，綜合高效地利用各級各類水利工程設施緩減旱情、汛情，對該市的國民經濟和社會可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

遠程水位監(jiān)測系統(tǒng)可以同時測量監(jiān)控各個地點的水位和溫度，測量精度較高，數據存儲容量非常大，可用于水利、環(huán)境、地質、交通、農業(yè)等各部門進行長期監(jiān)測。遠程水位監(jiān)測系統(tǒng)采用我國市電，即我們常用的220V電壓，在市電停電或者發(fā)生電力故障的時候，太陽能、蓄電池供電系統(tǒng)將為該系統(tǒng)供電，這樣仍可正常運行，使得數據的連續(xù)性和安全性得到了保障。

新疆某市遠程輸水控制系統(tǒng)在取水口、閥門、出水口位置布設壓力計、水位計、流量計、測沙儀、閥門開度等傳感器，用于獲取管道壓力、水位、流量、含沙量和閥門開度等物理量，為遠程水位控制提供了成功的解決方案。

浙江省某市的防汛值班系統(tǒng)將三防實時數據、歷史數據、政策文件等發(fā)布到網絡，提供公共服務，起到了良好的效果。下一步考慮將最新水利普查信息進行上報，結合數學模型進行預警、預報、預測等高級業(yè)務的拓展，相信會在水利普查信息化的推廣方面提供良好的示范作用。

結論

該系統(tǒng)設計過程中充分考慮了系統(tǒng)的可擴展性，使得整個系統(tǒng)的升級更為方便；建立時除考慮其本身的未來發(fā)展之外，還考慮與各部門管理信息系統(tǒng)之間的接口和數據共享，為水利普查的成果應用打下了良好的基礎。